DE102014013433A1 - Sensor control device - Google Patents

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DE102014013433A1
DE102014013433A1 DE201410013433 DE102014013433A DE102014013433A1 DE 102014013433 A1 DE102014013433 A1 DE 102014013433A1 DE 201410013433 DE201410013433 DE 201410013433 DE 102014013433 A DE102014013433 A DE 102014013433A DE 102014013433 A1 DE102014013433 A1 DE 102014013433A1
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Hiroshi Inagaki
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Abstract

Eine Gassensor-Steuervorrichtung (2) umfasst eine digitale Steuereinheit (31) (insbesondere eine CPU 91), die als eine digitale Filtereinheit (99) funktioniert. Selbst wenn hochfrequente Rausch-Komponenten einem elektrischen Signal überlagert sind, welches von der elektromotorischen Kraftzelle (24) an die digitale Steuereinheit (31) übertragen wird, können die hochfrequenten Rausch-Komponenten durch die digitale Filtereinheit (99) ausgelöscht werden. Somit kann eine Anschlussspannung über beide Anschlüsse der elektromotorischen Kraftzelle (24), der Sauerstoffkonzentration entsprechend generiert, geeignet extrahiert werden. Die digitale Steuereinheit 31 kann den Pumpstrom Ip, basierend auf der Anschlussspannung Vs, welche über beide Anschlüsse der elektromotorischen Kraftzelle (24) erzeugt wird, geeignet rückgekoppelt steuern, während der Einfluss hochfrequenter Rausch-Komponenten unterdrückt wird.A gas sensor control device (2) comprises a digital control unit (31) (in particular a CPU 91) which functions as a digital filter unit (99). Even if high-frequency noise components are superposed on an electrical signal transmitted from the electromotive force cell (24) to the digital control unit (31), the high-frequency noise components can be canceled by the digital filter unit (99). Thus, a terminal voltage across both terminals of the electromotive force cell (24) corresponding to the oxygen concentration can be suitably extracted. The digital control unit 31 can appropriately feedback-control the pumping current Ip based on the terminal voltage Vs generated across both terminals of the electromotive force cell (24) while suppressing the influence of high-frequency noise components.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensor-Steuervorrichtung zum Steuern eines Sensors, der eine Diffusionskammer, eine elektromotorische Kraftzelle und eine Pumpzelle umfasst.The present invention relates to a sensor control apparatus for controlling a sensor comprising a diffusion chamber, an electromotive force cell, and a pumping cell.

2. Beschreibung des Stands der Technik2. Description of the Related Art

Bekannte Sensoren zum linearen Detektieren von Sauerstoff über einen weiten Konzentrationsbereich in einem Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, umfassen eine Diffusionskammer, in welche ein zu messendes Gas (Abgas) durch eine Diffusionsratensteuernde Schicht fließt, und zwei Zellen, das heißt, eine elektromotorische Kraftzelle (Sauerstoffkonzentrations-Messzelle), welche mit Elektroden an einer Festelektrolytschicht ausgestattet ist, und eine Pumpzelle (Sauerstoff-Pumpzelle).Known sensors for linearly detecting oxygen over a wide concentration range in an exhaust gas discharged from an internal combustion engine include a diffusion chamber into which a gas to be measured (exhaust gas) flows through a diffusion rate controlling layer, and two cells, that is, an electromotive type Kraft cell (oxygen concentration measuring cell), which is equipped with electrodes on a solid electrolyte layer, and a pump cell (oxygen pump cell).

Um eine Detektionsspannung (Spannung Vs), welche von der elektromotorischen Kraftzelle dieses Sensors ausgegeben wird, bei einem vorbestimmten Wert (Sollspannungs-Wert) zu halten, wird eine Sensor-Steuervorrichtung bereitgestellt, welche dazu konfiguriert ist, einen Pumpstrom, welcher der Pumpzelle zugeführt wird, rückgekoppelt zu steuern, um den Sensor hierdurch zu steuern.In order to maintain a detection voltage (voltage Vs) output from the electromotive force cell of this sensor at a predetermined value (target voltage value), there is provided a sensor control device configured to supply a pumping current supplied to the pumping cell to control feedback, thereby controlling the sensor.

Dennoch kann ein Fall eintreten, in welchem die rückgekoppelte Steuerung aufgrund von Faktoren, beispielsweise Schwankungen einer Charakteristik des Sensors oder der Einsatzumgebung, nicht angemessen durchgeführt werden kann und woraufhin der Pumpstrom-Wert unbrauchbar wird. Daher konvergiert die Detektionsspannung der elektromotorischen Kraftzelle nicht auf den Sollspannungs-Wert, wodurch Oszillationen in der von der Sensor-Steuervorrichtung durchgeführten, rückgekoppelten Steuerung verursacht werden.Nevertheless, a case may occur in which the feedback control can not be adequately performed due to factors such as variations in a characteristic of the sensor or the environment of use, and whereupon the pumping current value becomes unusable. Therefore, the detection voltage of the electromotive force cell does not converge to the target voltage value, thereby causing oscillations in the feedback control performed by the sensor control device.

Um diesem Problem zu begegnen, gibt es eine bekannte Technik, bei der beispielsweise die innerseitige Elektrode einer Pumpzelle und die Detektionselektrode einer elektromotorischen Kraftzelle als eine gemeinsame Elektrode gebildet sind und ein Leckwiderstand mit einem kleinen Widerstandswert wird der gemeinsamen Elektrode hinzugefügt (siehe japanisches Patent Nr. 2624704 ). Ferner gibt es eine weitere bekannte Technik, in welcher ein Rückkoppelwiderstand parallel zu der außenseitigen Elektrode einer Pumpzelle und der Zellen-Elektrode einer elektromotorischen Kraftzelle hinzugefügt ist, und eine Spannung, die dieselbe Phase wie die des Pumpstroms hat, wird einer Spannung Vs überlagert, um hierdurch Oszillationen zu unterdrücken (siehe JP-A-5-256817 ).To address this problem, there is a known technique in which, for example, the inner side electrode of a pump cell and the detection electrode of an electromotive force cell are formed as a common electrode, and a leakage resistance having a small resistance is added to the common electrode (see Japanese Patent No. 2624704 ). Further, there is another known technique in which a feedback resistor is added in parallel to the outside electrode of a pumping cell and the cell electrode of an electromotive force cell, and a voltage having the same phase as that of the pumping current is superimposed on a voltage Vs thereby suppressing oscillations (see JP-A-5-256817 ).

Ferner ist noch eine andere Technik vorgeschlagen worden, in welcher eine hochfrequente Komponente eines Pumpstroms, welche durch Auslöschen niederfrequenter Komponenten einer vorbestimmten Grenzfrequenz oder niedrigeren Frequenzen von einem Pumpstrom erhalten wird, dazu gebracht wird, zu einer elektromotorischen Kraftzelle zu fließen, um hierdurch Oszillationen einer mit einem Sensor verbundenen Steuerschaltung zu unterdrücken (siehe JP-A-2002-243700 ).Further, still another technique has been proposed in which a high frequency component of a pumping current obtained by canceling low frequency components of a predetermined cutoff frequency or lower frequencies from a pumping current is caused to flow to an electromotive force cell to thereby cause oscillations of one a control circuit connected to a sensor (see JP-A-2002-243700 ).

3. Von der Erfindung zu lösende Probleme3. Problems to be solved by the invention

Indem jedoch hochfrequente Komponenten des Pumpstroms dazu gebracht werden, zu der elektromotorischen Kraftzelle zu fließen, fließt, dem abrupten Wechsels des Pumpstroms entsprechend, auch ein unmittelbar großer Strom (Stromspitze) in die elektromotorische Kraftzelle, wodurch die elektromotorische Kraftzelle beschädigt werden kann.However, by causing high-frequency components of the pumping current to flow to the electromotive force cell, according to the abrupt change of the pumping current, an immediately large current (current spike) flows into the electromotive force cell, whereby the electromotive force cell may be damaged.

Zum Beispiel kann sich der Pumpstrom, kurz nachdem der Pumpstrom zu fließen beginnt, z. B. kurz nach der Aktivierung des Sensors, abrupt verändern. Da in einem solchen Fall eine abrupte Änderung des Pumpstroms durch die hochfrequenten Komponenten verursacht wird, fließen die hochfrequenten Komponenten in die elektromotorische Kraftzelle. Folglich fließt eine Stromspitze in die elektromotorische Kraftzelle, wodurch die elektromotorische Kraftzelle beschädigt werden kann.For example, shortly after the pumping current begins to flow, the pumping current may be e.g. B. shortly after the activation of the sensor, change abruptly. In such a case, since an abrupt change in the pumping current is caused by the high-frequency components, the high-frequency components flow into the electromotive force cell. Consequently, a current spike flows into the electromotive force cell, whereby the electromotive force cell can be damaged.

Daher ist es ein Ziel der Erfindung eine Sensor-Steuervorrichtung bereitzustellen, die, während ein Pumpstrom basierend auf einer Detektionsspannung rückgekoppelt gesteuert wird, Oszillationen der Detektionsspannung unterdrücken kann, ohne dabei eine Konfiguration zu verwenden, die verursacht, dass hochfrequente Komponenten des Pumpstroms zu einer elektromotorischen Kraftzelle fließen.Therefore, it is an object of the invention to provide a sensor control apparatus which, while feedback-controlled pumping current based on a detection voltage, can suppress oscillations of the detection voltage without using a configuration causing high-frequency components of the pump current to become electromotive Force cell flow.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Das obige Ziel wurde erreicht durch Bereitstellen (1) einer Sensor-Steuervorrichtung zum Steuern eines Sensors, wobei der Sensor eine Diffusionskammer, in welche ein zu messendes Gas durch eine eine Diffusionsrate steuernde Schicht fließt, eine elektromotorische Kraftzelle, welche eine Detektionsspannung entsprechend einer Konzentration einer bestimmten Gaskomponente innerhalb der Diffusionskammer erzeugt, und eine Pumpzelle, welche die bestimmte Gaskomponente entsprechend eines extern bereitgestellten Pumpstroms in oder aus der Diffusionskammer pumpt, umfasst, wobei die Sensor-Steuervorrichtung umfasst: eine Steuereinheit, welche dazu konfiguriert ist, den Pumpstrom basierend auf der Detektionsspannung rückgekoppelt so zu steuern, dass sich die an der elektromotorischen Kraftzelle erzeugte Detektionsspannung einer Sollspannung annähert; und eine Tiefpassfilter-Einheit, welche dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte, niederfrequente Komponente aus der Detektionsspannung zu extrahieren, wobei die Steuereinheit den Pumpstrom basierend auf der von der Tiefpassfilter-Einheit extrahierten, niederfrequenten Komponente rückgekoppelt steuert.The above object has been achieved by providing (1) a sensor control apparatus for controlling a sensor, the sensor comprising a diffusion chamber into which a gas to be measured flows through a diffusion rate controlling layer, an electromotive force cell having a detection voltage corresponding to a concentration of generated a particular gas component within the diffusion chamber, and a pump cell, which pumps the specific gas component according to an externally provided pumping current in or out of the diffusion chamber, wherein the sensor control device comprises: a control unit which is configured to the pumping current fed back feedback controlled based on the detection voltage so that the detection voltage generated at the electromotive force cell approaches a target voltage; and a low-pass filter unit configured to extract a predetermined low-frequency component from the detection voltage, wherein the control unit feedback controls the pumping current based on the low-frequency component extracted by the low-pass filter unit.

Die in der elektromotorischen Kraftzelle entsprechend der Konzentration der bestimmten Gaskomponente erzeugte Detektionsspannung wird von der Tiefpassfilter-Einheit modifiziert, um ein niederfrequentes elektrisches Signal zu erzeugen, welches sich, verglichen mit der Spannung, welche von dem Pumpstrom an beiden Anschlüssen der Pumpzelle erzeugt wird, pro Zeiteinheit um einen kleinen Betrag verändert.The detection voltage generated in the electromotive force cell in accordance with the concentration of the particular gas component is modified by the low-pass filter unit to generate a low-frequency electrical signal that is proportional to the voltage generated by the pumping current at both terminals of the pumping cell Time unit changed by a small amount.

Daher können, sogar wenn hochfrequente Rausch-Komponenten, z. B. die über beide Anschlüsse der Pumpzelle erzeugte Spannung, der Detektionsspannung überlagert werden, die Detektionsspannung und die hochfrequenten Rausch-Komponenten getrennt werden, indem der Unterschied ihrer Frequenzbänder verwendet wird. Das heißt, dass die niederfrequenten Komponenten, die aus der Detektionsspannung durch die Tiefpassfilter-Einheit extrahiert werden, frei von hochfrequenten Rausch-Komponenten sind und somit zu einer ”tatsächlichen Detektionsspannung” äquivalent sind, die der Konzentration der bestimmten Gaskomponente entsprechend in der elektromotorischen Kraftzelle erzeugt wird.Therefore, even if high frequency noise components, e.g. B. the voltage generated across both terminals of the pump cell, the detection voltage are superimposed, the detection voltage and the high-frequency noise components are separated by the difference of their frequency bands is used. That is, the low-frequency components extracted from the detection voltage by the low-pass filter unit are free of high-frequency noise components and thus equivalent to an "actual detection voltage" corresponding to the concentration of the specific gas component in the electromotive force cell becomes.

Dementsprechend kann, wenn die Steuereinheit den Pumpstrom basierend auf den niederfrequenten Komponenten, die von der Tiefpassfilter-Einheit extrahiert werden, rückgekoppelt steuert, der Pumpstrom basierend auf einer ”tatsächlichen Detektionsspannung” rückgekoppelt gesteuert werden, während der Einfluss der hochfrequenten Rausch-Komponenten unterdrückt wird.Accordingly, when the control unit feedback controls the pumping current based on the low-frequency components extracted by the low-pass filter unit, the pumping current can be feedback-controlled based on an "actual detection voltage" while suppressing the influence of the high-frequency noise components.

Daher kann die Erfindung eine auf einen unbrauchbaren Wert rückgekoppelte Steuerung des Pumpstroms vermeiden und die Steuereinheit kann die Detektionsspannung so steuern, dass sie sich der Sollspannung annähert und Oszillationen der Detektionsspannung unterdrücken.Therefore, the invention can avoid control of the pumping current fed back to an unusable value, and the control unit can control the detection voltage to approach the target voltage and suppress oscillations of the detection voltage.

Mit anderen Worten kann, der Erfindung entsprechend, die Detektionsspannung dazu gebracht werden, sich der Sollspannung anzunähern, indem der Pumpstrom auf den von der Tiefpassfilter-Einheit extrahierten niederfrequenten Komponenten basierend rückgekoppelt gesteuert wird. Dies geschieht, ohne eine Konfiguration zu verwenden, in welcher ein Pumpstrom mit hochfrequenten Komponenten zu der elektromotorischen Kraftzelle fließt. Dies wird durch Auslöschen der niederfrequenten Komponenten einer vorbestimmten Grenzfrequenz oder darunter liegender Frequenzen aus dem Pumpstrom erreicht.In other words, according to the invention, the detection voltage can be made to approach the target voltage by feedback controlling the pumping current based on the low-frequency components extracted by the low-pass filter unit. This is done without using a configuration in which pumping current with high frequency components flows to the electromotive force cell. This is achieved by canceling the low frequency components of a predetermined cutoff frequency or frequencies below from the pumping current.

Demnach können, der Erfindung entsprechend, während der auf der Detektionsspannung basierenden, rückgekoppelten Steuerung des Pumpstroms, Oszillationen der Detektionsspannung unterdrückt werden, ohne die Konfiguration zu verwenden, in welcher die hochfrequenten Komponenten des Pumpstroms zu der elektromotorischen Kraftelle fließen. Insbesondere können als die in der Tiefpassfilter-Einheit eingestellten, vorbestimmten, niederfrequenten Komponenten niederfrequente Komponenten in einem Bereich, in dem der Sensor normalerweise agiert, im Hinblick auf die Konfiguration etc., des Sensors eingestellt werden. Beispielsweise können die niederfrequenten Komponenten, die von der Tiefpassfilter-Einheit extrahiert werden, so eingestellt werden, dass die Phase der Frequenz-Charakteristik der Regelungs-Übertragungsfunktion des Sensors und der Sensor-Steuervorrichtung nicht –180 Grad in einem Frequenzbereich erreicht, in dem eine Verstärkung 0 dB oder mehr beträgt, um Oszillationen zu unterdrücken.Thus, according to the invention, during the detection voltage based feedback control of the pumping current, oscillations of the detection voltage can be suppressed without using the configuration in which the high frequency components of the pumping current flow to the electromotive force. In particular, as the predetermined low-frequency components set in the low-pass filter unit, low-frequency components can be set in a range in which the sensor normally acts with respect to the configuration, etc., of the sensor. For example, the low-frequency components extracted by the low-pass filter unit may be set such that the phase of the frequency characteristic of the control transfer function of the sensor and the sensor control device does not reach -180 degrees in a frequency range in which a gain 0 dB or more to suppress oscillations.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (2) umfasst die Sensor-Steuervorrichtung (1) ferner einen Analog/Digital-Spannungswandler, welcher die an der elektromotorischen Kraftzelle des Sensors erzeugte Detektionsspannung von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umwandelt, wobei die Tiefpassfilter-Einheit eine digitale Operation an dem digitalen Wert der von dem Analog/Digital-Spannungswandler umgewandelten Detektionsspannung durchführt, um dadurch die niederfrequente Komponente zu extrahieren, und wobei die Steuereinheit den Pumpstrom durch einen digitalen Prozess, basierend auf dem digitalen Wert der niederfrequenten Komponente, rückgekoppelt steuert.According to a preferred embodiment (2), the sensor control device (1) further comprises an analog-to-digital voltage converter which converts the detection voltage generated at the electromotive force cell of the sensor from an analog value to a digital value, wherein the low-pass filter unit is a digital Performs operation on the digital value of the detection voltage converted by the analog-to-digital voltage converter to thereby extract the low-frequency component, and wherein the control unit feedback-controls the pumping current through a digital process based on the digital value of the low-frequency component.

Auf diese Weise wird eine Konfiguration bereitgestellt, in welcher der Analog/Digital-Spannungswandler die Detektionsspannung von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umwandelt und die Tiefpassfilter-Einheit die niederfrequenten Komponenten durch eine digitale Operation extrahiert. Dadurch können die niederfrequenten Komponenten aus der Detektionsspannung extrahiert werden.In this way, a configuration is provided in which the analog-to-digital voltage converter converts the detection voltage from an analog value to a digital value and the low-pass filter unit extracts the low-frequency components by a digital operation. As a result, the low-frequency components can be extracted from the detection voltage.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (3) umfasst die Sensor-Steuervorrichtung (1) ferner einen niederfrequenten Analog/Digital-Wandler, welcher die von der Tiefpassfilter-Einheit extrahierte, niederfrequente Komponente von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umwandelt, wobei die Tiefpassfilter-Einheit eine Analogschaltung ist, welche in einem Detektionspfad der Detektionsspannung von der elektromotorischen Kraftzelle zu der Steuereinheit bereitgestellt ist, und wobei die Steuereinheit den Pumpstrom durch einen digitalen Prozess, basierend auf dem digitalen Wert der von dem niederfrequenten Analog/Digital-Wandler umgewandelten, niederfrequenten Komponente, rückgekoppelt steuert.According to a further preferred embodiment (3), the sensor control device (1) further comprises a low-frequency analog / digital converter which converts the low-frequency component extracted by the low-pass filter unit from an analog value into a digital value, the low-pass filter Unit is an analog circuit which is in a detection path of Detection voltage from the electromotive force cell is provided to the control unit, and wherein the control unit, the pumping current by a digital process, based on the digital value of the converted from the low-frequency analog / digital converter, low-frequency component, fed back.

Auf diese Weise ist die Tiefpassfilter-Einheit als eine Analogschaltung konfiguriert und ferner ist ein niederfrequenter Analog/Digital-Wandler bereitgestellt, der die von der Tiefpassfilter-Einheit extrahierte, niederfrequente Komponente von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umwandelt. Somit kann die niederfrequente Komponente aus der Detektionsspannung extrahiert werden.In this way, the low-pass filter unit is configured as an analog circuit, and further provided is a low-frequency analog-to-digital converter which converts the low-frequency component extracted by the low-pass filter unit from an analog value to a digital value. Thus, the low-frequency component can be extracted from the detection voltage.

Wirkungen der ErfindungEffects of the invention

Die Erfindung kann eine rückgekoppelte Steuerung des Pumpstroms, basierend auf einer von einer elektromotorischen Kraftzelle entsprechend der Konzentration einer bestimmten Gaskomponente erzeugten Detektionsspannung durchführen, während der Einfluss hochfrequenter Rausch-Komponenten, z. B. der über beide Anschlüsse der Pumpzelle erzeugten Spannung, unterdrückt wird. Somit kann die Detektionsspannung so steuert werden, dass sie sich der Sollspannung annähert und Oszillationen der Detektionsspannung können unterdrückt werden.The invention may perform a feedback control of the pumping current based on a detection voltage generated by an electromotive force cell in accordance with the concentration of a particular gas component, while the influence of high frequency noise components, e.g. B. the voltage generated across both terminals of the pumping cell, is suppressed. Thus, the detection voltage can be controlled so as to approach the target voltage, and oscillations of the detection voltage can be suppressed.

Gemäß der Erfindung können, während der Pumpstrom, basierend auf der Detektionsspannung, rückgekoppelt gesteuert wird, Oszillationen der Detektionsspannung unterdrückt werden, ohne dabei eine Konfiguration zu verwenden, die verursacht, dass eine hochfrequente Komponente des Pumpstroms zu der elektromotorischen Kraftzelle fließt.According to the invention, while the pumping current is feedback controlled based on the detection voltage, oscillations of the detection voltage can be suppressed without using a configuration causing a high-frequency component of the pumping current to flow to the electromotive force cell.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist ein Diagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Steuersystems für einen Verbrennungsmotor, der eine Gassensor-Steuervorrichtung umfasst, zeigt. 1 FIG. 15 is a diagram showing the overall configuration of a control system for an internal combustion engine including a gas sensor control device.

2 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Gas-Sensors zeigt. 2 Fig. 10 is a diagram showing the schematic configuration of a gas sensor.

3 ist ein funktionales Blockdiagramm einer von einem Prozessor (CPU) einer digitalen Steuereinheit ausgeführten Ablaufsteuerung. 3 FIG. 10 is a functional block diagram of a process control executed by a processor (CPU) of a digital control unit.

4 ist ein Diagramm, das die Gesamtkonfiguration eines zweiten Verbrennungsmotor-Steuersystems zeigt, der eine zweite Gassensor-Steuervorrichtung umfasst. 4 FIG. 15 is a diagram showing the overall configuration of a second engine control system including a second gas sensor control device.

5 ist ein funktionales Blockdiagramm einer von einem Prozessor (CPU) einer digitalen Steuereinheit der zweiten Ausführungsform ausgeführten Ablaufsteuerung. 5 Fig. 10 is a functional block diagram of a process control executed by a processor (CPU) of a digital control unit of the second embodiment.

6 ist ein Schaltplan eines Tiefpassfilters der zweiten Ausführungsform. 6 Fig. 10 is a circuit diagram of a low-pass filter of the second embodiment.

7 ist ein Schaltplan eines zweiten Tiefpassfilters. 7 is a circuit diagram of a second low-pass filter.

8 ist ein Schaltplan eines dritten Tiefpassfilters. 8th is a circuit diagram of a third low-pass filter.

Beschreibung der BezugszeichenDescription of the reference numerals

Bezugszeichen, welche zur Kennzeichnung diverser Merkmale in den Zeichnungen verwendet werden, umfassen:Reference numerals used to indicate various features in the drawings include:

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbrennungsmotor-SteuersystemInternal combustion engine control system
22
Gassensor-SteuervorrichtungGas sensor control device
88th
Gassensorgas sensor
1414
Pumpzellepumping cell
1818
poröse Diffusionsschichtporous diffusion layer
2020
Diffusionskammerdiffusion chamber
2424
elektromotorische Kraftzelleelectromotive force cell
3131
digitale Steuereinheitdigital control unit
9191
Prozessor (CPU)Processor (CPU)
9393
erster A/D-Wandlerfirst A / D converter
9494
D/A-WandlerD / A converter
9797
zweiter A/D-Wandlersecond A / D converter
9898
Digitalsignal-EmpfangseinheitDigital signal receiving unit
9999
digitale Filtereinheitdigital filter unit
100100
Pumpstrom-SteuereinheitPump current control unit
101101
zweites Verbrennungsmotor-Steuersystemsecond internal combustion engine control system
102102
zweite Gassensor-Steuervorrichtungsecond gas sensor control device
111111
TiefpassfilterLow Pass Filter
121121
zweiter Tiefpassfiltersecond low-pass filter
131131
dritter Tiefpassfilterthird low pass filter

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen detailliert mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Jedoch sollte die Erfindung nicht als darauf beschränkt erachtet werden.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the invention should not be construed as being limited thereto.

1. Erste Ausführungsform1. First embodiment

1.1. Gesamtkonfiguration1.1. overall configuration

1 stellt, als eine Ausführungsform, in welcher die Erfindung angewandt wird, die Gesamtkonfiguration eines Steuer-Systems 1 für einen Verbrennungsmotor, der eine Gassensor-Steuervorrichtung 2 umfasst, dar. 1 As an embodiment in which the invention is applied, the overall configuration of a control system 1 for an internal combustion engine including a gas sensor control device 2 includes,

Das Verbrennungsmotor-Steuersystem 1 führt beispielsweise eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, etc. des Verbrennungsmotors durch und wird zur Steuerung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors benutzt. Die Gassensor-Steuervorrichtung 2 wird zur Detektion einer bestimmten Gas-Komponente (in dieser Ausführungsform Sauerstoff) innerhalb des Abgases des Verbrennungsmotors verwendet. The engine control system 1 performs, for example, an air-fuel ratio control, etc. of the internal combustion engine and is used to control the operating state of the internal combustion engine. The gas sensor control device 2 is used to detect a particular gas component (oxygen in this embodiment) within the exhaust gas of the internal combustion engine.

Das Verbrennungsmotor-Steuersystem 1 umfasst mindestens die Gassensor-Steuervorrichtung 2, einen Gassensor 8 und ein Motorsteuergerät 9.The engine control system 1 includes at least the gas sensor control device 2 , a gas sensor 8th and an engine control unit 9 ,

Die Gassensor-Steuervorrichtung 2 detektiert ein Gas-Detektions-Signal und ein Elementwiderstandswert-Signal des Gassensors 8, welcher in dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors (Motors) angeordnet ist, und gibt das Gas-Detektions-Signal und das Elementwiderstandswert-Signal an das Motorsteuergerät 9 (Motor CPU 9) aus.The gas sensor control device 2 detects a gas detection signal and an element resistance value signal of the gas sensor 8th , which is arranged in the exhaust pipe of the internal combustion engine (engine), and outputs the gas detection signal and the element resistance value signal to the engine control unit 9 (Motor CPU 9 ) out.

Der Gassensor 8 detektiert linear über einen weiten Bereich eine Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases. Das Motorsteuergerät 9 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors unter Verwendung des Gas-Detektions-Signals, als eine der vielen Arten der Ablaufsteuerung.The gas sensor 8th detects linearly over a wide range of oxygen concentration within the exhaust gas. The engine control unit 9 controls the air-fuel ratio of the engine using the gas detection signal as one of the many types of flow control.

Die Gassensor-Steuervorrichtung 2 umfasst eine digitale Steuereinheit 31 zur Ausführung der diversen Arten der Ablaufsteuerung, einen ersten Operationsverstärker 33, einen zweiten Operationsverstärker 35, einen dritten Operationsverstärker 37, Anschlüsse 39 für externe Verbindungen, eine Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61, eine Konstantstromquellenschaltung 62, einen seriellen Kommunikationsanschluss 53, etc.The gas sensor control device 2 includes a digital control unit 31 to perform the various types of sequencing, a first operational amplifier 33 , a second operational amplifier 35 , a third operational amplifier 37 , Connections 39 for external connections, a constant current output unit 61 , a constant current source circuit 62 , a serial communication port 53 , Etc.

Die Anschlüsse 39 für externe Verbindungen umfassen Anschlüsse (einen Vs+-Anschluss 41, einen Pout-Anschluss 45, ein Vicent-Anschluss 47, einen COM-Anschluss 49 und einen Ip+-Anschluss 51), die mit dem Gassensor 8 verbunden sind, und einen Kondensator-Anschluss 43, der mit einem Kondensator 57 verbunden ist.The connections 39 for external connections include ports (a Vs + port 41 , a pout connection 45 , a Vicent connection 47 , a COM port 49 and an Ip + connection 51 ), with the gas sensor 8th connected, and a capacitor connection 43 that with a capacitor 57 connected is.

Die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61 gibt einen Konstantstrom zur Detektion des Widerstandswertes des Innenwiderstandes des Gassensors 8 aus. Die Konstantstromquellen-schaltung 62 gibt einen Konstantstrom (Kleinstrom Icp) an eine elektromotorische Kraftzelle 24 aus.The constant current output unit 61 gives a constant current for detecting the resistance value of the internal resistance of the gas sensor 8th out. The constant current source circuit 62 gives a constant current (low current Icp) to an electromotive force cell 24 out.

Der serielle Kommunikationsanschluss 53 überträgt/empfängt diverse Arten von Signalen (Gas-Detektions-Signal, Elementwiderstandswert-Signal, etc.) an/von dem Motorsteuergerät 9 über ein Kabel zur seriellen Kommunikation 85.The serial communication port 53 transmits / receives various kinds of signals (gas detection signal, element resistance value signal, etc.) to / from the engine control unit 9 via a cable for serial communication 85 ,

Die schematische Konfiguration des Gassensors 8 wird in 2 gezeigt und eine kurze Erklärung des Gassensors wird nachfolgend gegeben.The schematic configuration of the gas sensor 8th is in 2 and a brief explanation of the gas sensor is given below.

Der Gassensensor 8 umfasst eine Pumpzelle 14, eine poröse Diffusionsschicht 18, die elektromotorische Kraftzelle 24 und eine Verstärkungsplatte 30.The gas sensor 8th includes a pumping cell 14 , a porous diffusion layer 18 , the electromotive force cell 24 and a reinforcing plate 30 ,

Die Pumpzelle 14 umfasst ein sauerstoffionenleitendes Festelektrolyt 13, das aus teilweise stabilisiertem Zirkonoxid (ZrO2) gebildet ist, und poröse Elektroden 12, 16, welche hauptsächlich aus Platin auf vorderen und hinteren Oberflächen des Festelektrolytes 13 gebildet sind. Die elektromotorische Kraftzelle 24 umfasst ein sauerstoffionenleitendes Festelektrolyt 23, das aus teilweise stabilisiertem Zirkonoxid (ZrO2) gebildet ist, und poröse Elektroden 22, 28, welche hauptsächlich aus Platin auf vorderen und hinteren Oberflächen des Festelektrolytes 23 gebildet sind.The pump cell 14 comprises an oxygen ion-conducting solid electrolyte 13 composed of partially stabilized zirconia (ZrO 2 ) and porous electrodes 12 . 16 consisting mainly of platinum on front and back surfaces of the solid electrolyte 13 are formed. The electromotive force cell 24 comprises an oxygen ion-conducting solid electrolyte 23 composed of partially stabilized zirconia (ZrO 2 ) and porous electrodes 22 . 28 consisting mainly of platinum on front and back surfaces of the solid electrolyte 23 are formed.

Die poröse Elektrode 16 der Pumpzelle 14, die einer Diffusionskammer 20 zugewandt ist, und die poröse Elektrode 22 der elektromotorischen Kraftzelle 24, die der Diffusionskammer 20 zugewandt ist, sind elektrisch miteinander verbunden und sind wiederum mit dem Sensor-COM-Anschluss 17 des Gassensors 8 verbunden. Der Sensor-COM-Anschluss 17 des Gassensors 8 ist mit dem Vicent-Anschluss 47 und dem COM-Anschluss 49 der Gassensor-Steuervorrichtung 2 verbunden und ebenso mit dem Pout-Anschluss 45 über einen Strom-Detektions-Widerstand 83 verbunden (siehe 1).The porous electrode 16 the pump cell 14 that is a diffusion chamber 20 facing, and the porous electrode 22 the electromotive force cell 24 that of the diffusion chamber 20 are facing each other, are electrically connected to each other and are in turn connected to the sensor COM port 17 of the gas sensor 8th connected. The sensor COM port 17 of the gas sensor 8th is with the Vicent connection 47 and the COM port 49 the gas sensor control device 2 connected and also with the Pout connection 45 via a current detection resistor 83 connected (see 1 ).

Die poröse Elektrode 12 der Pumpzelle 14 ist mit dem Sensor-Ip+-Anschluss 19 des Gassensors 8 verbunden, während die poröse Elektrode 28 der elektromotorischen Kraftzelle 24 mit dem Sensor-Vs+-Anschluss 15 des Gassensors 8 verbunden ist. Der Sensor-Ip+-Anschluss 19 ist mit dem Ip+-Anschluss 51 der Anschlüsse 39 für externe Verbindungen verbunden, während der Sensor-Vs+-Anschluss 15 mit dem Vs+-Anschluss 41 der Anschlüsse 39 für externe Verbindungen verbunden ist (siehe 1).The porous electrode 12 the pump cell 14 is with the sensor Ip + connector 19 of the gas sensor 8th connected while the porous electrode 28 the electromotive force cell 24 with the sensor Vs + connector 15 of the gas sensor 8th connected is. The sensor Ip + connector 19 is with the ip + connection 51 the connections 39 connected to external connections while the sensor Vs + terminal 15 with the Vs + connection 41 the connections 39 connected to external connections (see 1 ).

Die Verstärkungsplatte 30 ist über eine die Referenzkammer bildende Schicht 29 auf die elektromotorische Kraftzelle 24 geklebt, sodass eine Referenzsauerstoff-Kammer 26 zwischen der Verstärkungsplatte und der elektromotorischen Kraftzelle 24 gebildet wird. Die poröse Elektrode 28 der elektromotorischen Kraftzelle 24 liegt an der Referenzsauerstoff-Kammer 26 an.The reinforcement plate 30 is over a layer forming the reference chamber 29 on the electromotive force cell 24 glued, leaving a reference oxygen chamber 26 between the reinforcing plate and the electromotive force cell 24 is formed. The porous electrode 28 the electromotive force cell 24 is located at the reference oxygen chamber 26 at.

Die Diffusionskammer 20, welche von der porösen Diffusionsschicht 18 umgeben ist, ist zwischen der Pumpzelle 14 und der elektromotorischen Kraftzelle 24 gebildet. Mit anderen Worten kommuniziert die Diffusionskammer 20 mit der Messgas-Atmosphäre über die poröse Diffusionsschicht 18. Obgleich diese Ausführungsform die poröse Diffusionsschicht 18, die gebildet wird, indem ein leerer Raum mit porösem Material aufgefüllt wird, verwendet, ist es möglich, die Geschwindigkeit des zu messendes Gas, das in die Diffusionskammer 20 fließt, zu steuern, indem kleine Löcher anstelle der porösen Diffusionsschicht eingerichtet werden.The diffusion chamber 20 that of the porous diffusion layer 18 is surrounded, is between the pumping cell 14 and the electromotive force cell 24 educated. In other words, the diffusion chamber communicates 20 with the measurement gas atmosphere over the porous diffusion layer 18 , Although this embodiment is the porous diffusion layer 18 When it is formed by filling an empty space with porous material, it is possible to increase the velocity of the gas to be measured entering the diffusion chamber 20 flows, by setting up small holes instead of the porous diffusion layer.

Der Gassensor 8 umfasst eine Heizung 42. Die Pumpzelle 14 und die elektromotorische Kraftzelle 24 werden aktiviert, indem sie durch die Heizung 42 geheizt werden, wodurch eine Gasdetektion ermöglicht wird.The gas sensor 8th includes a heater 42 , The pump cell 14 and the electromotive force cell 24 are activated by heating them 42 be heated, whereby a gas detection is possible.

Als nächstes wird die Operation zur Messung der Sauerstoffkonzentration der Gassensor-Steuervorrichtung 2 mit Bezug auf 1 beschrieben.Next, the oxygen concentration measurement operation of the gas sensor control device will be described 2 regarding 1 described.

In der Gassensor-Steuervorrichtung 2 wird ein Pumpstrom Ip, der in die Pumpzelle 14 fließt, so gesteuert, dass eine Anschlussspannung Vs, die über beide Anschlüsse der elektrometrischen Kraftzelle 24 erzeugt wird, einen Sollspannungs-Wert (450 mV in dieser Ausführungsform) erreicht, während ein konstanter Kleinstrom Icp dazu gebracht wird, von der Konstantstromquellen-schaltung 62 zur elektromotorischen Zelle 24 zu fließen und hierdurch Sauerstoff in und aus der Diffusionskammer zu pumpen.In the gas sensor control device 2 is a pumping current Ip, which enters the pumping cell 14 flows, so controlled, that a terminal voltage Vs across both terminals of the electrometric force cell 24 is achieved, a target voltage value (450 mV in this embodiment) is achieved, while a constant small current Icp is brought to from the constant current source circuit 62 to the electromotive cell 24 to flow and thereby pump oxygen into and out of the diffusion chamber.

Da sich der Strom-Wert und die Fließrichtung des Pumpstroms Ip, der durch die Pumpzelle 14 fließt, entsprechend der Sauerstoffkonzentration (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des Abgases verändert, kann die Sauerstoffkonzentration des Abgases basierend auf dem Wert des Pumpstroms Ip berechnet werden. So ergibt sich, dass, wenn der Kleinstrom Icp dazu gebracht wird, in einer Richtung zur elektromotorischen Zelle 24 zu fließen, welche dem Herauspumpen von Sauerstoff aus der Diffusionskammer 20 hin zur Seite der porösen Elektrode 28 entspricht, funktioniert die Referenzsauerstoff-Kammer 26 als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle.Since the current value and the flow direction of the pumping current Ip, passing through the pumping cell 14 flows, according to the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the exhaust gas, the oxygen concentration of the exhaust gas can be calculated based on the value of the pumping current Ip. Thus, when the small current Icp is brought to it, it is in a direction toward the electromotive cell 24 to flow, which is the pumping out of oxygen from the diffusion chamber 20 towards the side of the porous electrode 28 corresponds, the reference oxygen chamber works 26 as an internal oxygen reference source.

Am dritten Operationsverstärker 37 ist ein invertierender Eingangsanschluss mit dem Vicent-Anschluss 47 verbunden, eine Referenzspannung (+3.6 V) ist an den nicht-invertierenden Eingangsanschluss angelegt und ein Ausgangsanschluss ist mit dem Sensor-Ip+-Anschluss 19 der Pumpzelle 14 verbunden.At the third operational amplifier 37 is an inverting input terminal to the Vicent terminal 47 A reference voltage (+3.6 V) is applied to the non-inverting input terminal and an output terminal is connected to the sensor Ip + terminal 19 the pump cell 14 connected.

1.2. Digitale Steuereinheit1.2. Digital control unit

Im Folgenden wird die digitale Steuereinheit 31 beschrieben.The following is the digital control unit 31 described.

Die digitale Steuereinheit ist durch einen bekannten Microcomputer konfiguriert, der eine CPU, ein ROM, ein RAM, etc. hat. Die digitale Steuereinheit 31 gemäß dieser Ausführungsform ist dazu konfiguriert, eine zentrale Recheneinheit 91 (nachfolgend auch als Prozessor oder CPU 91 bezeichnet), ein EEPROM 92, einen ersten A/D-Wandler (Analog/Digital) 93, einen D/A-Wandler (Digital/Analog) 94, eine I/O-Einheit 95 (Eingabe/Ausgabe), eine serielle Übertragungs-/Empfangseinheit 96, einen zweiten A/D-Wandler 97, etc. zu umfassen.The digital control unit is configured by a known microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, etc. The digital control unit 31 according to this embodiment is configured to a central processing unit 91 (hereinafter also as processor or CPU 91 designated), an EEPROM 92 , a first A / D converter (Analog / Digital) 93 , a D / A converter (digital / analog) 94 , an I / O unit 95 (Input / output), a serial transmission / reception unit 96 , a second A / D converter 97 , etc. to include.

Der Prozessor (CPU) 91 führt diverse Arten der Ablaufsteuerung-Operationen aus. Das EEROM 92 ist eine Speichereinheit, das die Inhalte der diversen Ablaufsteuerung-Operationen und eines Parameter-Sets, etc. speichert. Das RAM (nicht gezeigt) ist eine Speichereinheit, die zeitweise Steuerdaten, etc. speichert.The processor (CPU) 91 performs various types of flow control operations. The EEROM 92 is a storage unit that stores the contents of various scheduling operations and a parameter set, etc. The RAM (not shown) is a storage unit that temporarily stores control data, etc.

Der A/D-Wandler ist ein Wandler, der ein analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt. Die digitale Steuereinheit 31 umfasst den ersten A/D-Wandler 93, um die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers 33 einer A/D Wandlung zu unterziehen, und einen zweiten A/D-Wandler 97, um die Spannung am Vicent-Anschluss 47 der A/D-Wandlung zu unterziehen.The A / D converter is a converter that converts an analog signal into a digital signal. The digital control unit 31 includes the first A / D converter 93 to the output voltage of the first operational amplifier 33 to undergo an A / D conversion, and a second A / D converter 97 to the voltage at the Vicent connection 47 to undergo the A / D conversion.

Der D/A-Wandler ist ein Wandler, der ein digitales Signal in ein analoges Signal umwandelt. Die digitale Steuereinheit 31 umfasst den D/A-Wandler 94, um die an den Widerstand 81 auszugebende Spannung einer D/A Wandlung zu unterziehen.The D / A converter is a converter that converts a digital signal into an analog signal. The digital control unit 31 includes the D / A converter 94 to the resistance 81 To be issued voltage to a D / A conversion.

Die I/O-Einheit ist eine Eingabe/Ausgabe-Einheit, um ein binäres Signal, z. B. ein ”An”- und ”Aus”-Signal, ein- und auszugeben. Die digitale Steuereinheit 31 umfasst die I/O-Einheit 95 zur Ausgabe eines Steuerbefehlssignals an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61.The I / O unit is an input / output unit to provide a binary signal, e.g. B. an "on" and "off" signal, input and output. The digital control unit 31 includes the I / O unit 95 for outputting a control command signal to the constant current output unit 61 ,

Die serielle Übertragungs-/Empfangseinheit 96 ist eine Übertragungs-/Empfangseinheit, die serielle Kommunikation entsprechend eines vorbestimmten Übertragungsprotokolls durchführt. In der digitalen Steuereinheit 31 überträgt bzw. empfängt die serielle Übertragungs-/Empfangseinheit 96 ein Signal an bzw. von zumindest dem Motorsteuergerät 9 mittels einer seriellen Kommunikation.The serial transmission / reception unit 96 is a transmission / reception unit that performs serial communication according to a predetermined transmission protocol. In the digital control unit 31 transmits or receives the serial transmission / reception unit 96 a signal to or from at least the engine control unit 9 by means of a serial communication.

Die digitale Steuereinheit 31 (insbesondere die CPU 91) detektiert eine Spannungsdifferenz zwischen der Spannung an dem Sensor-Vs+-Anschluss 15 und der Spannung an dem Vicent-Anschluss 47 (Anschlussspannung Vs, die über beide Anschlüsse der elektrometrischen Kraftzelle 24 erzeugt wird) und steuert die Stärke des Pumpstroms Ip, der zur Pumpzelle 14 fließt, durch PID-Steuerung rückgekoppelt so, dass die elektromotorische Kraft (Anschlussspannung Vs) der elektromotorischen Kraftzelle 24 450 mV beträgt. Insbesondere, führt die digitale Steuereinheit 31 eine PID-Steuerung durch, die auf der Abweichung ΔVs zwischen der Sollspannung (450 mV) und der Anschlussspannung Vs der elektromotorische Kraftzelle 24 basiert, und steuert die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 35 so, dass sich die Abweichung ΔVs 0 annähert (mit anderen Worten, nähert sich die Anschlussspannung Vs der Sollspannung an), wodurch der Pumpstrom Ip, der von dem dritten Operationsverstärker 37 zur Pumpzelle 14 fließt, gesteuert wird.The digital control unit 31 (especially the CPU 91 ) detects a voltage difference between the voltage at the sensor Vs + terminal 15 and the voltage at the Vicent connection 47 (Terminal voltage Vs across both terminals of the electrometric force cell 24 is generated) and controls the magnitude of the pumping current Ip that goes to the pumping cell 14 flows, fed back through PID control so that the electromotive force (terminal voltage Vs) of the electromotive force cell 24 450 mV. In particular, the digital control unit performs 31 a PID control based on the deviation ΔVs between the setpoint voltage (450 mV) and the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 based, and controls the output voltage of the second operational amplifier 35 such that the deviation ΔVs approaches 0 (in other words, the terminal voltage Vs approaches the target voltage), whereby the pumping current Ip, that of the third operational amplifier 37 to the pumping cell 14 flows, is controlled.

Der Pumpstrom Ip fließt von der Pumpzelle 14 zum Ausgangsanschluss des dritten Operationsverstärkers 37 oder vom Ausgangsanschluss des dritten Operationsverstärkers 37 zur Pumpzelle 14 in Abhängigkeit der Polarität, d. h., in Abhängigkeit von dem positiven oder negativen Wert der Polarität.The pumping current Ip flows from the pumping cell 14 to the output terminal of the third operational amplifier 37 or from the output terminal of the third operational amplifier 37 to the pumping cell 14 depending on the polarity, ie, depending on the positive or negative value of the polarity.

Die digitale Steuereinheit 31 (insbesondere die CPU 91) führt eine Multiplikations-Operation zwischen der Stärke des Pumpstroms Ip, berechnet von der PID-Steuerung, und dem Widerstandswert Rd des Strom-Detektions-Widerstandes 83 aus, um hierdurch die Anschlussspannung über beide Anschlüsse des Strom-Detektions-Widerstandes 83 als das Gas-Detektions-Signal (Signal Vip) zu detektieren. Dann gibt die digitale Steuereinheit 31 das Gas-Detektions-Signal (Signal Vip) über den seriellen Kommunikationsanschluss 53 an das Motorsteuergerät 9 aus.The digital control unit 31 (especially the CPU 91 ) performs a multiplication operation between the magnitude of the pump current Ip calculated by the PID control and the resistance value Rd of the current detection resistor 83 to thereby supply the terminal voltage across both terminals of the current detection resistor 83 as the gas detection signal (signal Vip) to detect. Then there is the digital control unit 31 the gas detection signal (signal Vip) via the serial communication port 53 to the engine control unit 9 out.

Das Motorsteuergerät 9 berechnet eine entsprechende Sauerstoffkonzentration aus einer Abbildung (die Abbildung repräsentiert eine Korrelation zwischen dem Gas-Detektions-Signal und der Sauerstoffkonzentration), die darin gespeichert ist, basierend auf dem Gas-Detektions-Signal (Signal Vip). Ferner führt das Motorsteuergerät 9 einen Detektionsprozess des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der berechneten Sauerstoffkonzentration durch und führt auch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ablaufsteuerung so durch, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht.The engine control unit 9 calculates a corresponding oxygen concentration from a map (the map represents a correlation between the gas detection signal and the oxygen concentration) stored therein based on the gas detection signal (signal Vip). Furthermore, the engine control unit leads 9 performs a detection process of the air-fuel ratio based on the calculated oxygen concentration, and also performs an air-fuel ratio processing such that the air-fuel ratio reaches a target air-fuel ratio.

1.3. Operation zur Messung des Widerstandswertes (Temperatur) der elektromotorischen Kraftzelle1.3. Operation to measure the resistance value (temperature) of the electromotive force cell

Im Folgenden wird Operation zur Messung des Innenwiderstandswertes Rpvs (Temperatur) der elektromotorischen Kraftzelle 24 der Gassensor-Steuervorrichtung 2 beschrieben.Hereinafter, an operation for measuring the internal resistance value Rpvs (temperature) of the electromotive force cell 24 the gas sensor control device 2 described.

Die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61 der Gassensor-Steuervorrichtung 2 umfasst einen ersten Schalter 63, eine erste Konstantstromquellen-Schaltung 65, einen zweiten Schalter 67, eine zweite Konstantstromquellen-Schaltung 69, einen dritten Schalter 71, eine dritte Konstantstromquellen-Schaltung 73, einen vierten Schalter 75 und eine vierte Konstantstromquellen-Schaltung 77.The constant current output unit 61 the gas sensor control device 2 includes a first switch 63 , a first constant current source circuit 65 , a second switch 67 , a second constant current source circuit 69 , a third switch 71 , a third constant current source circuit 73 , a fourth switch 75 and a fourth constant current source circuit 77 ,

Der erste Schalter 63, die erste Konstantstromquellen-Schaltung 65, der zweite Schalter 67 und die zweite Konstantstromquellen-Schaltung 69 werden bereitgestellt, um einen N-Puls-Konstantstrom (–I const) zur Detektion von Rpvs der elektromotorischen Kraftzelle 24 fließen zu lassen. Der dritte Schalter 71, die dritte Konstantstromquellen-Schaltung 73, der vierte Schalter 75 und die vierte Konstantstromquellen-Schaltung 77 werden bereitgestellt, um einen P-Puls-Konstantstrom (+I const) zur Detektion von Rpvs zur elektromotorischen Kraftzelle 24 fließen zu lassen, wobei die Polarität des N-Puls-Konstantstroms zur Detektion des Rpvs der Polarität des P-Puls-Konstantstroms entgegengesetzt ist.The first switch 63 , the first constant current source circuit 65 , the second switch 67 and the second constant current source circuit 69 are provided to provide an N-pulse constant current (-I const) for detecting Rpvs of the electromotive force cell 24 to flow. The third switch 71 , the third constant current source circuit 73 , the fourth switch 75 and the fourth constant current source circuit 77 are provided to provide a P-pulse constant current (+ I const) for detecting Rpvs to the electromotive force cell 24 with the polarity of the N-pulse constant current for detecting the Rpvs being opposite to the polarity of the P-pulse constant current.

Die digitale Steuereinheit 31 der Gassensor-Steuervorrichtung 2 ist dazu konfiguriert, den digitalen Wert der Anschlussspannung Vs der zur elektromotorischen Kraftzelle 24 im RAM (nicht gezeigt) der Ablaufsteuerung der CPU 91 zu speichern, um dadurch die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 abzutasten und zu halten.The digital control unit 31 the gas sensor control device 2 is configured to set the digital value of the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 in the RAM (not shown) of the CPU's flow control 91 to thereby store the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 to palpate and hold.

Das heißt, während der Messung der Widerstandswertes der elektromotorischen Kraftzelle 24 ändert sich, da ein Konstantstrom dazu gebracht wird, von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61 zur elektromotorischen Kraftzelle 24 zu fließen, die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 aufgrund des Einflusses des Konstantstroms. Wenn im Gegensatz dazu die digitale Steuereinheit 31 die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 abtastet und hält, kurz bevor der Konstantstrom von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61 zur elektromotorischen Kraftzelle 24 zu fließen beginnt, kann die digitale Steuereinheit 31 eine PID-Steuerung durchführen, indem sie die Anschlussspannung Vs kurz vor der Messung des Widerstandswertes verwendet.That is, during the measurement of the resistance value of the electromotive force cell 24 As a constant current is caused to change from the constant current output unit, it changes 61 to the electromotive force cell 24 to flow, the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 due to the influence of the constant current. If, in contrast, the digital control unit 31 the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 samples and stops just before the constant current from the constant current output unit 61 to the electromotive force cell 24 begins to flow, the digital control unit can 31 perform a PID control by using the terminal voltage Vs just before the measurement of the resistance value.

Ferner berechnet die digitale Steuereinheit 31 eine Spannungsdifferenz ΔVr (= |Vs1 – Vs2|) zwischen einer Spannung Vs1 vor der Messung und einer Spannung Vs2 bei der Messung der elektromotorischen Kraftzelle 24. Die Spannung Vs1 vor der Messung ist die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24, abgetastet und gehalten, bevor der Konstantstrom von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61 zu fließen beginnt. Die Spannung Vs2 bei der Messung ist die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 während der N-Puls-Konstantstrom (–I const) zur Detektion des Rpvs fließt. Da die Spannungsdifferenz ΔVr proportional zum Widerstandswert des Innenwiderstandes der elektromotorischen Kraftzelle 24 ist, kann diese Spannungsdifferenz als ein Elementwiderstandswert-Signal SRpvs benutzt werden, das den Widerstandswert des Innenwiderstandes der elektromotorischen Kraftzelle 24 repräsentiert.Furthermore, the digital control unit calculates 31 a voltage difference ΔVr (= | Vs1-Vs2 |) between a voltage Vs1 before the measurement and a voltage Vs2 in the measurement of the electromotive force cell 24 , The voltage Vs1 before the measurement is the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 , sampled and held before the constant current from the constant current output unit 61 begins to flow. The voltage Vs2 in the measurement is the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 while the N-pulse constant current (-I const) flows to detect the Rpvs. Since the voltage difference ΔVr is proportional to the resistance value of the internal resistance of the electromotive force cell 24 is, this voltage difference can be used as an element resistance value signal SRpvs, which is the resistance value of the internal resistance of the electromotive force cell 24 represents.

Das heißt; die digitale Steuereinheit 31 ist durch Berechnen der Spannungsdifferenz ΔVr dazu konfiguriert, die Ausgabe des Elementwiderstandswert-Signals SRpvs, das den Wert des Innenwiderstandes der elektromotorischen Kraftzelle 24 repräsentiert, zu ermöglichen. Insbesondere führt die digitale Steuereinheit 31 eine SRpvs Messablauf durch, in welcher das Elementwiderstandswert-Signal SRpvs erhalten wird, indem die Spannungsdifferenz ΔVr durch den Stromwert des N-Puls-Konstantstroms (–I const) zur Detektion des Rpvs geteilt wird. Das Elementwiderstandswert-Signal SRpvs ist proportional zu dem Widerstandswert Rpvs des Innenwiderstandes der elektromotorischen Kraftzelle 24 und ist auch zu der Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle 24 proportional. This means; the digital control unit 31 is configured by calculating the voltage difference ΔVr, the output of the element resistance value signal SRpvs, which is the value of the internal resistance of the electromotive force cell 24 represents, to enable. In particular, the digital control unit performs 31 an SRpvs measurement procedure in which the element resistance value signal SRpvs is obtained by dividing the voltage difference ΔVr by the current value of the N-pulse constant current (-I const) to detect the Rpvs. The element resistance value signal SRpvs is proportional to the resistance value Rpvs of the internal resistance of the electromotive force cell 24 and is also at the temperature of the electromotive force cell 24 proportional.

Ein konstanter Zeitraum ist notwendig, bis die Anschlussspannung Vs (Spannung Vs2 bei der Messung) der elektromotorischen Kraftzelle 24 stabil wird, nachdem der N-Puls-Konstantstrom (–I const) zur Detektion des Rpvs zu fließen beginnt. Somit führt die digitale Steuereinheit 31 den Detektionsprozess der Anschlussspannung Vs (Spannung Vs2 bei der Messung) der elektromotorischen Kraftzelle 24 durch, nachdem ein Stand-by-Zeitraum zur Detektion des Rpvs seit dem Beginn des N-Puls-Konstantstrom(–I const)-Flusses zur Detektion des Rpvs vergangen ist.A constant period is necessary until the terminal voltage Vs (voltage Vs2 in the measurement) of the electromotive force cell 24 becomes stable after the N-pulse constant current (-I const) starts to flow to detect the Rpvs. Thus, the digital control unit performs 31 the detection process of the terminal voltage Vs (voltage Vs2 in the measurement) of the electromotive force cell 24 after a stand-by period for detecting the Rpv has elapsed since the beginning of the N-pulse constant current (-I const) flow to detect the Rpvs.

Die digitale Steuereinheit 31 (insbesondere die CPU 91) gibt das Elementwiderstandswert-Signal SRpvs, welches durch den Rpvs-Messablauf erhalten wurde, über den seriellen Kommunikationsanschluss 53 an das Motorsteuergerät 9 aus.The digital control unit 31 (especially the CPU 91 ) outputs the element resistance value signal SRpvs obtained by the Rpvs measurement procedure via the serial communication port 53 to the engine control unit 9 out.

Das Motorsteuergerät 9 steuert die Stromzufuhr hin zur Heizung 42, um den Gassensor 8 basierend auf dem Elementwiderstandswert-Signal SRpvs so zu heizen, dass ein Wert, der mit dem Widerstandswert Rpvs des Innenwiderstandes der elektromotorischen Kraftzelle 24 korreliert, einen Sollwert erreicht. Diese Temperatur-Steuerung agiert, um die Temperatur des Gassensors 8 bei einem Sollwert (z. B. 800°C) zu halten, sodass die Strommenge, die der Heizung 42 zugeführt wird, reduziert wird, sobald die Temperatur der elektromotorischen Zelle 24 größer als der Sollwert ist, wohingegen die Strommenge, die der Heizung 42 zugeführt wird, erhöht wird, sobald die Temperatur der elektromotorischen Zelle 24 niedriger als der Sollwert ist.The engine control unit 9 controls the power supply to the heater 42 to the gas sensor 8th to heat, based on the element resistance value signal SRpvs, such that a value corresponding to the resistance value Rpvs of the internal resistance of the electromotive force cell 24 correlates, reaches a setpoint. This temperature control acts to the temperature of the gas sensor 8th at a set point (eg 800 ° C) to keep, so the amount of electricity, that of heating 42 is supplied, as soon as the temperature of the electromotive cell is reduced 24 greater than the set point, whereas the amount of electricity is that of the heating 42 is added, as soon as the temperature of the electromotive cell 24 lower than the setpoint.

1.4. Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Zelle1.4. Terminal voltage Vs of the electromotive cell

Nun folgt eine Beschreibung der Wirkungen, die erreicht werden, indem ein Tiefpassfilter-Ablauf in der CPU 91 der digitalen Steuereinheit 31 durchgeführt wird, während eine Steuerung ausgeführt wird, um die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 so zu steuern, dass sie sich der Sollspannung annähert.Now follows a description of the effects that can be achieved by using a low pass filter flow in the CPU 91 the digital control unit 31 is performed while a control is performed to the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 be controlled so that it approaches the target voltage.

3 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Ablaufsteuerung, die von der CPU 91 der digitalen Steuereinheit 31 zur Steuerung des Pumpstroms Ip basierend auf der Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 ausgeführt wird. 3 is a functional block diagram of a flow control used by the CPU 91 the digital control unit 31 for controlling the pumping current Ip based on the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 is performed.

Wie in 3 gezeigt, umfasst der Prozessor 91, als funktionale Blöcke, eine Digitalsignal-Empfangseinheit 98, eine digitale Filtereinheit 99 und eine Pumpstrom-Steuereinheit 100.As in 3 shown, the processor includes 91 , as functional blocks, a digital signal receiving unit 98 , a digital filter unit 99 and a pumping current control unit 100 ,

Die Digitalsignal-Empfangseinheit 98 empfängt ein digitales Signal, welches ein elektrisches Signal ist, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 an den Operationsverstärker 33 übertragen und von dem ersten A/D-Wandler 93 von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umgewandelt wird.The digital signal receiving unit 98 receives a digital signal which is an electrical signal from the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 to the operational amplifier 33 transmitted and from the first A / D converter 93 is converted from an analog value to a digital value.

Dieses digitale Signal enthält ein digitales Signal der von der elektromotorischen Kraftzelle 24 erzeugten Anschlussspannung Vs. Die Anschlussspannung Vs, die der Sauerstoffkonzentration entsprechend von der elektromotorischen Kraftzelle 24 erzeugt wird, wird durch die digitale Filtereinheit 99 modifiziert, um zu einem niederfrequenten elektrischem Signal zu werden, das sich, verglichen mit der Spannung, welche über beide Anschlüsse der Pumpzelle 14 durch den Pumpstrom Ip erzeugt wird, pro Zeiteinheit um einen kleinen Betrag verändert.This digital signal contains a digital signal from that of the electromotive force cell 24 generated terminal voltage Vs. The terminal voltage Vs, the oxygen concentration corresponding to the electromotive force cell 24 is generated by the digital filter unit 99 modified to become a low-frequency electrical signal which, compared to the voltage across both terminals of the pumping cell 14 is generated by the pumping current Ip, changed by a small amount per unit time.

Die digitale Filtereinheit 99 führt einen einem Tiefpassfilter ähnliche digitalen Prozess zur Extraktion eines Signals von niederfrequenten Komponenten, die gleich oder niedriger sind als die vorbestimmte Grenzfrequenz (150 Hz in dieser Ausführungsform) sind, aus dem digitalen Signal durch, das durch die Digitalsignal-Empfangseinheit 98 empfangen wurde.The digital filter unit 99 performs a low-pass filter-like digital process for extracting a signal of low-frequency components equal to or lower than the predetermined cut-off frequency (150 Hz in this embodiment) from the digital signal provided by the digital signal receiving unit 98 was received.

Auf diese Weise extrahiert die digitale Filtereinheit 99 das elektrische Signal der niederfrequenten Komponenten, die gleich oder niedriger als die Grenzfrequenz sind, aus dem elektrischen Signal, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 und den ersten Operationsverstärker 33 an den A/D Wandler 93 übertragen wird. Die niederfrequenten Komponenten, die durch die digitale Filtereinheit 99 extrahiert werden, werden in die Pumpstrom-Steuereinheit 100 eingegeben.In this way, the digital filter unit extracts 99 the electrical signal of the low-frequency components, which are equal to or lower than the cut-off frequency, from the electrical signal from the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 and the first operational amplifier 33 to the A / D converter 93 is transmitted. The low-frequency components passing through the digital filter unit 99 are extracted into the pumping current control unit 100 entered.

Ein Beispiel eines digitalen Tiefpassfilters zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung ist in US 2013/0054663 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung in diese Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen ist.An example of a digital low-pass filter for use in the present invention is shown in FIG US 2013/0054663 , the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

Die Pumpstrom-Steuereinheit 100 führt eine rückgekoppelte Steuerung des Pumpstroms Ip, der der Pumpzelle 14 bereitgestellt wird, basierend auf den niederfrequenten Komponenten, die durch die digitale Filtereinheit 99 extrahiert wurden, durch, um dadurch Sauerstoff in und aus der Diffusionskammer 20 zu pumpen. Insbesondere werden die niederfrequenten Komponenten, die durch die digitale Filtereinheit 99 extrahiert wurden, als die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 benutzt und der Pumpstrom Ip, der der Pumpzelle 14 bereitgestellt wird, wird einer PID-Steuerung unterzogen, sodass sich die niederfrequenten Komponenten (Anschlussspannung Vs) dem Sollspannungs-Wert annähern, um dadurch Sauerstoff in und aus der Diffusionskammer 20 zu pumpen. The pumping current control unit 100 performs a feedback control of the pumping current Ip, that of the pumping cell 14 based on the low-frequency components passing through the digital filter unit 99 through, thereby oxygen in and out of the diffusion chamber 20 to pump. In particular, the low-frequency components passing through the digital filter unit 99 are extracted as the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 used and the pumping current Ip, that of the pumping cell 14 is subjected to PID control, so that the low-frequency components (terminal voltage Vs) approach the target voltage value, thereby oxygen in and out of the diffusion chamber 20 to pump.

Der digitalen Steuereinheit 31, mit der auf diese Weise konfigurierten CPU 91, zufolge kann, selbst wenn hochfrequente Rausch-Komponenten, wie z. B. der Pumpstrom Ip, dem elektrischen Signal, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 und den ersten Operationsverstärker 33 an die digitale Steuereinheit 31 übertragen wird, die digitale Filtereinheit 99 des Prozessors 91 diese hochfrequenten Rausch-Komponenten auslöschen. Somit kann verhindert werden, dass die hochfrequenten Rausch-Komponenten in die Pumpstrom-Steuereinheit 100 eindringen. Mit anderen Worten kann, da die CPU 91 als digitale Filtereinheit 99 funktioniert, die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24, die der Sauerstoffkonzentration entsprechend erzeugt wurde, der Pumpstrom-Steuereinheit 100 eingegeben werden, während die hochfrequenten Rausch-Komponenten ausgelöscht werden.The digital control unit 31 , with the CPU configured in this way 91 , according to, even if high-frequency noise components, such. As the pump current Ip, the electrical signal from the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 and the first operational amplifier 33 to the digital control unit 31 is transmitted, the digital filter unit 99 of the processor 91 cancel out these high-frequency noise components. Thus, it can be prevented that the high-frequency noise components in the pumping current control unit 100 penetration. In other words, since the CPU 91 as a digital filter unit 99 works, the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 , which has been generated according to the oxygen concentration, the pumping current control unit 100 while extinguishing the high-frequency noise components.

Im Ergebnis kann die digitale Steuereinheit 31 die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 mit hoher Genauigkeit detektieren, darüber hinaus kann sie die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Diffusionskammer 20 basierend auf dem Pumpstrom Ip mit hoher Genauigkeit detektieren. Da die digitale Steuereinheit 31 den Pumpstrom Ip entsprechend der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration innerhalb der Diffusionskammer 20 geeignet steuern kann, können Oszillationen der Anschlussspannung Vs unterdrückt werden.As a result, the digital control unit 31 the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 In addition, it can detect the oxygen concentration within the diffusion chamber 20 Detect with high accuracy based on the pump current Ip. Because the digital control unit 31 the pumping current Ip corresponding to the actual oxygen concentration within the diffusion chamber 20 can suitably control, oscillations of the terminal voltage Vs can be suppressed.

1.5. Wirkungen1.5. effects

Gemäß dem Verbrennungsmotor-Steuersystem 1 dieser Ausführungsform umfasst, wie oben beschrieben, die Gassensor-Steuervorrichtung 2 die digitale Steuereinheit 31 (insbesondere die CPU 91), die als die digitale Filtereinheit 99 funktioniert.According to the engine control system 1 This embodiment includes, as described above, the gas sensor control device 2 the digital control unit 31 (especially the CPU 91 ) acting as the digital filter unit 99 works.

Somit können, selbst wenn die hochfrequenten Rausch-Komponenten, wie z. B. der Pumpstrom Ip, dem elektrischen Signal, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 und den ersten Operationsverstärker 33 an die digitale Steuereinheit 31 übertragen wird, überlagert sind, diese hochfrequenten Rausch-Komponenten durch digitale Verarbeitung, welche durch die digitale Filtereinheit 99 ausgeführt wird, ausgelöscht werden. Somit kann die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24, welche der Sauerstoffkonzentration entsprechend erzeugt wurde, geeignet extrahiert werden.Thus, even if the high frequency noise components, such. As the pump current Ip, the electrical signal from the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 and the first operational amplifier 33 to the digital control unit 31 are superimposed, these high-frequency noise components through digital processing, which through the digital filter unit 99 is executed, be extinguished. Thus, the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 , which has been generated in accordance with the oxygen concentration, are suitably extracted.

Dementsprechend kann, in der digitalen Steuereinheit 31 (insbesondere die CPU 91), die Pumpstrom-Steuereinheit 100 eine geeignete rückgekoppelte Steuerung des Pumpstroms Ip, basierend auf den niederfrequenten Komponenten, die durch die digitale Filtereinheit 99 extrahiert wurden, durchführen.Accordingly, in the digital control unit 31 (especially the CPU 91 ), the pumping current control unit 100 a suitable feedback control of the pump current Ip, based on the low-frequency components passing through the digital filter unit 99 extracted.

Da die digitale Steuereinheit 31 den Pumpstrom Ip basierend auf der tatsächlichen Anschlussspannung Vs, die in der elektromotorischen Kraftzelle 24 entsprechend der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Diffusionskammer 20 erzeugt wird, auf einen geeigneten Wert steuert, kann die Anschlussspannung Vs so gesteuert werden, dass sie sich dem Sollspannungs-Wert annähert und Oszillationen der Anschlussspannung Vs können unterdrückt werden.Because the digital control unit 31 the pumping current Ip based on the actual terminal voltage Vs present in the electromotive force cell 24 according to the oxygen concentration within the diffusion chamber 20 is generated, controls to an appropriate value, the terminal voltage Vs can be controlled so as to approach the target voltage value, and oscillations of the terminal voltage Vs can be suppressed.

Das heißt, die Gassensor-Steuervorrichtung 2 kann verursachen, dass sich die Anschlussspannung Vs dem Sollspannungs-Wert annähert, indem der Pumpstrom Ip basierend auf den niederfrequenten Komponenten, die durch die digitale Filtereinheit 99 extrahiert wurden, rückgekoppelt gesteuert wird. Dies wird erreicht, ohne eine Konfiguration zu verwenden, gemäß welcher ein Pumpstrom mit hochfrequenten Komponenten in die elektromotorische Kraftzelle 24 fließt, wobei der Pumpstrom durch Auslöschen der niederfrequenten Komponenten einer vorbestimmten Grenzfrequenz oder geringerer Frequenzen aus dem Pumpstrom Ip erhalten wird.That is, the gas sensor control device 2 may cause the terminal voltage Vs to approach the target voltage value by the pump current Ip based on the low-frequency components passing through the digital filter unit 99 extracted, controlled in a feedback manner. This is achieved without using a configuration according to which pumping current with high frequency components into the electromotive force cell 24 flows, wherein the pumping current is obtained by extinguishing the low-frequency components of a predetermined cutoff frequency or lower frequencies from the pumping current Ip.

1.6. Entsprechende Struktur1.6. Corresponding structure

Die Beziehung zwischen den Ausdrücken, welche zur Definition der Erfindung verwendet wurden, und die entsprechende Struktur der ersten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben.The relationship between the terms used to define the invention and the corresponding structure of the first embodiment will be described below.

Die Gassensor-Steuervorrichtung 2 entspricht einem Beispiel der Sensor-Steuervorrichtung, die poröse Diffusionsschicht 18 entspricht einem Beispiel einer Diffusionraten-steuernden Schicht, das Abgas entspricht einem Beispiel eines zu messenden Gases, der Sauerstoff entspricht einem Beispiel einer bestimmten Gaskomponente, die Anschlussspannung Vs entspricht einem Beispiel einer Detektionsspannung und der Gassensor 8 entspricht einem Beispiel eines Sensors.The gas sensor control device 2 corresponds to an example of the sensor control device, the porous diffusion layer 18 corresponds to an example of a diffusion rate-controlling layer, the exhaust gas corresponds to an example of a gas to be measured, the oxygen corresponds to an example of a specific gas component, the terminal voltage Vs corresponds to an example of one Detection voltage and the gas sensor 8th corresponds to an example of a sensor.

Ferner entspricht die digitale Steuereinheit 31 einem Beispiel einer Steuereinheit, die CPU 91 zum Ausführen der Funktion der digitalen Filtereinheit 99 entspricht einem Beispiel einer Tiefpassfilter-Einheit und der erste A/D-Wandler 93 entspricht einem Beispiel einer A/D-Spannungswandler-Einheit.Furthermore, the digital control unit corresponds 31 an example of a control unit, the CPU 91 to perform the function of the digital filter unit 99 corresponds to an example of a low-pass filter unit and the first A / D converter 93 corresponds to an example of an A / D voltage converter unit.

2. Zweite AusführungsformSecond embodiment

Als eine zweite Ausführungsform wird im Folgenden eine Gassensor-Steuervorrichtung 102, die einen Tiefpassfilter 111 in Form einer Analogschaltung hat, beschrieben.As a second embodiment, hereinafter will be a gas sensor control device 102 that has a low pass filter 111 in the form of an analog circuit has been described.

In der folgenden Beschreibung werden diejenigen Teile der zweiten Ausführungsform, die dieselben Konfigurationen wie die der ersten Ausführungsform haben, mit gleichen Symbolen bezeichnet bzw. auf einer Erklärung dieser verzichtet. Die Beschreibung richtet sich hauptsächlich auf diejenigen Teile der zweiten Ausführungsform, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden.In the following description, those parts of the second embodiment having the same configurations as those of the first embodiment will be denoted by the same symbols, respectively, an explanation thereof will be omitted. The description is mainly directed to those parts of the second embodiment which are different from the first embodiment.

4 ist ein Diagramm, welches die Gesamtkonfiguration eines zweiten Verbrennungsmotor-Steuersystems 101 zeigt, welches die zweite Gassensor-Steuervorrichtung 102 umfasst. 5 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Ablaufsteuerung, die durch die CPU 91 der digitalen Steuereinheit 31 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird. 4 FIG. 13 is a diagram showing the overall configuration of a second engine control system. FIG 101 shows which the second gas sensor control device 102 includes. 5 is a functional block diagram of a flow control by the CPU 91 the digital control unit 31 is performed according to the second embodiment.

Die zweite Gassensor-Steuervorrichtung 102 umfasst die digitale Steuereinheit 31 zur Ausführung der diversen Arten der Ablaufsteuerung, den ersten Operationsverstärker 33, einen Tiefpassfilter 111, den zweiten Operationsverstärker 35, den dritten Operationsverstärker 37, die Anschlüsse 39 für externe Verbindungen, die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 61, die Konstantstromquellen-Schaltung 62, den seriellen Kommunikationsanschluss 53, etc.The second gas sensor control device 102 includes the digital control unit 31 to perform the various types of sequencing, the first operational amplifier 33 , a low pass filter 111 , the second operational amplifier 35 , the third operational amplifier 37 , the connections 39 for external connections, the constant current output unit 61 , the constant current source circuit 62 , the serial communication port 53 , Etc.

Die Hardware-Konfiguration der zweiten Gassensor-Steuervorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Konfiguration der Gassensor-Steuervorrichtung 2 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Tiefpassfilter 111 hinzugefügt ist. Ferner unterscheidet sich die zweite Gassensor-Steuervorrichtung 102 von der Konfiguration der Gassensor-Steuervorrichtung 2 dadurch, dass auf die digitale Filtereinheit 99 der funktionalen Blöcke der CPU 91 verzichtet wird.The hardware configuration of the second gas sensor control device 102 According to the second embodiment, the configuration of the gas sensor control device differs 2 the first embodiment in that the low-pass filter 111 is added. Further, the second gas sensor control device is different 102 from the configuration of the gas sensor control device 2 in that on the digital filter unit 99 the functional blocks of the CPU 91 is waived.

Als nächstes werden die Wirkungen des Tiefpassfilters 111 (nachstehend auch als ein LPF 111 bezeichnet) beschrieben, während die Ausgangsspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 so gesteuert wird, dass sie sich der Sollspannung annähert.Next, the effects of the low-pass filter 111 (hereinafter also referred to as an LPF 111 ), while the output voltage Vs of the electromotive force cell 24 is controlled so that it approaches the target voltage.

Wie in 4 gezeigt, ist der Tiefpassfilters 111 in einem Pfad von dem Vs+-Anschluss 41 hin zum nicht-invertierenden Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 33 bereitgestellt. Der Eingangsanschluss 112 des Tiefpassfilters 111 ist mit dem Vs+-Anschluss 41 verbunden, und der Ausgangsanschluss 113 des Tiefpassfilters 111 ist mit dem nicht-invertierendem Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 33 verbunden.As in 4 shown is the low pass filter 111 in a path from the Vs + port 41 towards the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 33 provided. The input connection 112 the low-pass filter 111 is with the Vs + connection 41 connected, and the output terminal 113 the low-pass filter 111 is connected to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 33 connected.

6 zeigt das Schaltdiagramm des Tiefpassfilters 111. 6 shows the circuit diagram of the low-pass filter 111 ,

Wie in 6 gezeigt, ist der Tiefpassfilters 111 durch eine Analogschaltung mit einem Widerstandselement 114 und einem Kondensator 115 konfiguriert. Das Widerstandselement 114 ist zwischen dem Eingangsanschluss 112 und dem Ausgangsanschluss 113 angeschlossen. Der Kondensator 115 ist zwischen dem Ausgangsanschluss 113 und einem Erdleiter angeschlossen.As in 6 shown is the low pass filter 111 by an analog circuit having a resistive element 114 and a capacitor 115 configured. The resistance element 114 is between the input terminal 112 and the output terminal 113 connected. The capacitor 115 is between the output terminal 113 and a ground wire connected.

Der Widerstandswert des Widerstandselementes 114 und der Kapazitätswert des Kondensators 115 sind so ausgewählt, dass der Tiefpassfilter 111 ein Signal niederfrequenter Komponenten passieren lässt, die gleich oder niedriger sind als eine vorbestimmte Grenzfrequenz (150 Hz in dieser Ausführungsform) sind.The resistance of the resistive element 114 and the capacitance value of the capacitor 115 are selected so that the low-pass filter 111 pass a signal of low frequency components equal to or lower than a predetermined cutoff frequency (150 Hz in this embodiment).

Die Anschlussspannung Vs, die über beide Anschlüsse der elektrometrischen Kraftzelle 24 entsprechend der Sauerstoffkonzentration erzeugt wird, wird durch den Tiefpassfilter modifiziert, um ein niederfrequentes elektrisches Signal zu erzeugen, das sich, verglichen mit der Spannung, welche an beiden Anschlüssen der Pumpzelle 14 durch den Pumpstrom Ip erzeugt wird, um einen kleinen Betrag pro Zeiteinheit verändert. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 111 wird vorab so eingestellt, dass die niederfrequenten Komponenten der Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24, die entsprechend der Sauerstoffkonzentration erzeugt werden, den Tiefpassfilter passieren.The terminal voltage Vs, across both terminals of the electrometric force cell 24 is generated in accordance with the oxygen concentration is modified by the low-pass filter to produce a low-frequency electrical signal, which, compared to the voltage at both terminals of the pumping cell 14 is generated by the pumping current Ip by a small amount per unit time. The cutoff frequency of the low pass filter 111 is set in advance so that the low-frequency components of the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 , which are generated according to the oxygen concentration, pass the low-pass filter.

Somit wird das elektrische Signal der niederfrequenten Komponenten, das gleich oder niedriger als die Grenzfrequenz ist, durch den Tiefpassfilter 111 aus dem elektrischen Signal extrahiert, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 zum nicht-invertierenden Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 33 übertragen wird, und wird über den ersten Operationsverstärkers 33 in die digitale Steuereinheit 31 eingegeben.Thus, the electric signal of the low-frequency components, which is equal to or lower than the cut-off frequency, through the low-pass filter 111 extracted from the electrical signal from the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 33 is transmitted, and is via the first operational amplifier 33 in the digital control unit 31 entered.

Selbst wenn hochfrequente Rausch-Komponenten, beispielsweise der Pumpstrom Ip, dem elektrischen Signal überlagert werden, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 und den ersten Operationsverstärker 33 an die digitale Steuereinheit 31 übertragen wird, kann der Tiefpassfilter 111 diese hochfrequenten Rausch-Komponenten auslöschen. Folglich kann verhindert werden, dass die hochfrequenten Rausch-Komponenten in die digitalen Steuereinheit 31 eintreten. Das heißt, durch das Bereitstellen des Tiefpassfilters 111 kann die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24, die der Sauerstoffkonzentration entsprechend erzeugt wird, in die digitale Steuereinheit 31 eingegeben werden, während die hochfrequenten Rausch-Komponenten ausgelöscht werden. Even if high-frequency noise components, for example the pumping current Ip, are superimposed on the electrical signal, that of the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 and the first operational amplifier 33 to the digital control unit 31 is transmitted, the low-pass filter 111 cancel out these high-frequency noise components. Consequently, the high-frequency noise components can be prevented from being introduced into the digital control unit 31 enter. That is, by providing the low pass filter 111 can the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 , which is generated according to the oxygen concentration, in the digital control unit 31 while extinguishing the high-frequency noise components.

Im Ergebnis kann die digitale Steuereinheit 31 die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 mit hoher Genauigkeit detektieren und kann ferner die Sauerstoffkonzentration basierend auf dem Pumpstrom Ip mit hoher Genauigkeit detektieren. Da die digitale Steuereinheit 31 in geeigneter Weise den Pumpstrom Ip entsprechend der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration innerhalb der Diffusionskammer 20 steuern kann, können Oszillationen der Anschlussspannung Vs aufgrund des Einflusses von Rauschen etc. unterdrückt werden. Ferner kann die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 dazu gebracht werden, sich der Sollspannung anzunähern.As a result, the digital control unit 31 the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 detect with high accuracy, and can further detect the oxygen concentration based on the pump current Ip with high accuracy. Because the digital control unit 31 suitably the pumping current Ip corresponding to the actual oxygen concentration within the diffusion chamber 20 can control, oscillations of the terminal voltage Vs due to the influence of noise, etc. can be suppressed. Further, the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 be brought to approach the target voltage.

2.2. Wirkungen2.2. effects

Wie oben beschrieben, umfasst, dem zweiten Verbrennungsmotor-Steuersystem 101 der zweiten Ausführungsform entsprechend, die zweite Gassensor-Steuervorrichtung 102 den Tiefpassfilter 111. Daraus ergibt sich, dass, selbst wenn hochfrequente Rausch-Komponenten dem elektrischen Signal, das von der elektromotorischen Kraftzelle 24 über den Vs+-Anschluss 41 und den ersten Operationsverstärker 33 zur digitalen Steuereinheit 31 übertragen wird, überlagert werden, der Tiefpassfilter die hochfrequenten Rausch-Komponenten auslöschen kann. Demnach kann die Anschlussspannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24, die der Sauerstoffkonzentration entsprechend generiert wird, geeignet extrahiert werden.As described above, the second engine control system includes 101 According to the second embodiment, the second gas sensor control device 102 the low pass filter 111 , It follows that, even if high-frequency noise components of the electric signal, that of the electromotive force cell 24 via the Vs + connection 41 and the first operational amplifier 33 to the digital control unit 31 be superimposed, the low-pass filter can wipe out the high-frequency noise components. Accordingly, the terminal voltage Vs of the electromotive force cell 24 , which is generated according to the oxygen concentration, are suitably extracted.

Somit kann die digitale Steuereinheit 31 den Pumpstrom Ip, basierend auf den niederfrequenten Komponenten, die durch den Tiefpassfilter 111 extrahiert wurden, rückgekoppelt steuern.Thus, the digital control unit 31 the pump current Ip, based on the low-frequency components passing through the low-pass filter 111 were extracted, fed back taxes.

Da die digitale Steuereinheit 31 den Pumpstrom Ip, basierend auf der tatsächlichen Anschlussspannung Vs, die in der elektromotorischen Kraftzelle der Sauerstoffkonzentration entsprechend innerhalb der Diffusionskammer 20 erzeugt wurde, auf einen angegessenen Wert steuert, kann die Anschlussspannung Vs dazu gebracht werden, sich den Sollspannungs-Wert zu erreichen und Oszillationen der Anschlussspannung Vs können unterdrückt werden.Because the digital control unit 31 the pumping current Ip, based on the actual terminal voltage Vs, in the electromotive force cell corresponding to the oxygen concentration within the diffusion chamber 20 is generated, controls to an estimated value, the terminal voltage Vs can be made to reach the target voltage value, and oscillations of the terminal voltage Vs can be suppressed.

Das heißt, die zweite Gassensor-Steuervorrichtung 102 kann die Anschlussspannung Vs so steuern, dass sie sich dem Sollspannungs-Wert annähert, indem der Pumpstrom Ip, basierend auf den niederfrequenten Komponenten, die durch den Tiefpassfilter 111 extrahiert werden, rückgekoppelt gesteuert wird. Dies kann erreicht werden, ohne eine Konfiguration zu verwenden, gemäß welcher ein Pumpstrom mit hochfrequenten Komponenten, welche durch Auslöschen der niederfrequenten Komponenten einer vorbestimmten Grenzfrequenz oder darunter liegender Frequenzen aus dem Pumpstrom Ip erhalten werden, zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 fließt.That is, the second gas sensor control device 102 may control the terminal voltage Vs to approach the target voltage value by the pump current Ip based on the low-frequency components passing through the low-pass filter 111 be extracted, controlled in a feedback manner. This can be achieved without using a configuration according to which a pumping current with high-frequency components obtained by canceling the low-frequency components of a predetermined cutoff frequency or lower frequencies from the pumping current Ip to the electromotive force cell 24 flows.

2.3. Entsprechende Struktur2.3. Corresponding structure

Die Beziehung zwischen den zur Definition der Erfindung verwendeten Ausdrücken und einer entsprechenden Struktur der zweiten Ausführungsform wird nun beschrieben.The relationship between the terms used to define the invention and a corresponding structure of the second embodiment will now be described.

Die Gassensor-Steuervorrichtung 102 entspricht einem Beispiel der Sensor-Steuervorrichtung, die poröse Diffusionsschicht 18 entspricht einem Beispiel einer Diffusionsraten-steuernden Schicht, das Abgas entspricht einem Beispiel des zu messenden Gases, der Sauerstoff entspricht einem Beispiel der bestimmten Gaskomponente, die Anschlussspannung Vs entspricht einem Beispiel der Detektionsspannung und der Gassensor 8 entspricht einem Beispiel des Sensors.The gas sensor control device 102 corresponds to an example of the sensor control device, the porous diffusion layer 18 corresponds to an example of a diffusion rate-controlling layer, the exhaust gas corresponds to an example of the gas to be measured, the oxygen corresponds to an example of the specific gas component, the terminal voltage Vs corresponds to an example of the detection voltage and the gas sensor 8th corresponds to an example of the sensor.

Ferner entspricht die digitale Steuereinheit 31 einem Beispiel einer Steuereinheit, der Tiefpassfilter 111 entspricht einem Beispiel einer Tiefpassfilter-Einheit und der erste A/D-Wandler 93 entspricht einem Beispiel einer niederfrequenten A/D-Wandlungseinheit.Furthermore, the digital control unit corresponds 31 an example of a control unit, the low-pass filter 111 corresponds to an example of a low-pass filter unit and the first A / D converter 93 corresponds to an example of a low-frequency A / D conversion unit.

3. Modifikationen3. Modifications

Obwohl die obige Beschreibung erstellt wurde, um Ausführungsformen der Erfindung zu spezifizieren, ist die Erfindung nicht auf sie beschränkt und kann auf verschiedene Arten implementiert werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.Although the above description has been made to specify embodiments of the invention, the invention is not limited to them and can be implemented in various ways without departing from the spirit of the invention.

Zum Beispiel ist die Grenzfrequenz der digitalen Filtereinheit 99 und des Tiefpassfilters 111 nicht auf den oben erwähnten Wert beschränkt, und die digitale Filtereinheit 99 wie auch der Tiefpassfilter 111 können so konfiguriert sein, dass sie eine dem Ziel und/oder der Verwendung angemessene Grenzfrequenz haben.For example, the cutoff frequency of the digital filter unit 99 and the low-pass filter 111 not limited to the above-mentioned value, and the digital filter unit 99 as well as the low-pass filter 111 can be configured to give you a goal and / or have an appropriate cut-off frequency.

Als Nächstes kann, obwohl der Tiefpassfilter 111 gemäß der zweiten Ausführungsform durch ein einziges Widerstandselement und ein einziges Kondensatorelement konfiguriert wurde, anstelle des Tiefpassfilters 111 ein zweiter Tiefpassfilter 121 benutzt werden, der mit zwei Widerstandselementen und zwei Kondensatorelementen konfiguriert ist.Next, although the low-pass filter 111 has been configured according to the second embodiment by a single resistance element and a single capacitor element, instead of the low-pass filter 111 a second low pass filter 121 used, which is configured with two resistor elements and two capacitor elements.

7 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Konfiguration des zweiten Tiefpassfilters 121 zeigt. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the second low-pass filter 121 shows.

Der zweite Tiefpassfilter 121 ist durch eine Analogschaltung konfiguriert, die ein Widerstandselement 122, einen Kondensator 123, ein Widerstandselement 124 und einen Kondensator 125 umfasst.The second low pass filter 121 is configured by an analog circuit that is a resistive element 122 , a capacitor 123 , a resistance element 124 and a capacitor 125 includes.

Eine Reihenschaltung des Widerstandselements 122 und des Widerstandselements 124 ist zwischen dem Eingangsanschluss 112 und dem Ausgangsanschluss 113 verbunden. Der Kondensator 123 ist mit einem Ende mit einem Verbindungspunkt verbunden, welcher zwischen dem Widerstandselement 122 und dem Widerstandselement 124 angeordnet ist, und ist mit dem anderen Ende mit einem Erdleiter verbunden. Der Kondensator 125 ist zwischen dem Ausgangsanschluss 113 und dem Erdleiter verbunden.A series connection of the resistance element 122 and the resistance element 124 is between the input terminal 112 and the output terminal 113 connected. The capacitor 123 is connected at one end to a connection point which is between the resistance element 122 and the resistance element 124 is arranged, and is connected to the other end with a ground conductor. The capacitor 125 is between the output terminal 113 and connected to the earth conductor.

Die Widerstandswerte des Widerstandselements 122 und des Widerstandselements 124 und die Kapazitätswerte des Kondensators 123 und des Kondensators 125 sind so eingestellt, dass der zweite Tiefpassfilter 121 ein Signal niederfrequenter Komponenten einer vorbestimmten Grenzfrequenz oder geringerer Frequenzen passieren lässt.The resistance values of the resistor element 122 and the resistance element 124 and the capacitance values of the capacitor 123 and the capacitor 125 are set to be the second low-pass filter 121 lets pass a signal of low frequency components of a predetermined cutoff frequency or lower frequencies.

Der so konfigurierte, zweite Tiefpassfilter 121 kann anstelle des Tiefpassfilters 111 der zweiten Ausführungsform verwendet werden.The configured second low-pass filter 121 may instead of the low-pass filter 111 of the second embodiment.

Alternativ kann als ein dritter Tiefpassfilter 131 ein positiv rückgekoppelter Tiefpassfilter, der einen Operationsverstärker verwendet, anstelle des Tiefpassfilters 111 verwendet werden.Alternatively, as a third low-pass filter 131 a positive-feedback low-pass filter using an operational amplifier instead of the low-pass filter 111 be used.

8 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Konfiguration des dritten Tiefpassfilters 131 zeigt. 8th is an explanatory diagram showing the configuration of the third low-pass filter 131 shows.

Der dritte Tiefpassfilter 131 ist durch eine Analogschaltung konfiguriert, die ein Widerstandselement 132, einen Kondensator 133, ein Widerstandselement 134, ein Widerstandselement 135, einen Kondensator 136, einen Kondensator 137 und einen Operationsverstärker 138 umfasst.The third low pass filter 131 is configured by an analog circuit that is a resistive element 132 , a capacitor 133 , a resistance element 134 , a resistance element 135 , a capacitor 136 , a capacitor 137 and an operational amplifier 138 includes.

Eine Reihenschaltung aus dem Widerstandselement 132, dem Widerstandselement 134 und dem Widerstandselement 135 ist zwischen dem Eingangsanschluss 112 und dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 138 verbunden. Der Kondensator 136 ist mit einem Ende mit einem Verbindungspunkt verbunden, welcher zwischen dem Widerstandselement 132 und dem Widerstandselement 134 angeordnet ist, und ist mit dem anderen Ende mit dem Erdleiter verbunden. Der Kondensator 136 ist zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 138 und dem Erdleiter verbunden. Der Kondensator 137 ist mit einem Ende mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstandselement 134 und dem Widerstandselement 135 verbunden und ist mit dem anderen Ende mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 138 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 138 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden.A series connection of the resistance element 132 , the resistance element 134 and the resistance element 135 is between the input terminal 112 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 138 connected. The capacitor 136 is connected at one end to a connection point which is between the resistance element 132 and the resistance element 134 is arranged, and is connected to the other end to the ground conductor. The capacitor 136 is between the non-inverting input terminal of the operational amplifier 138 and connected to the earth conductor. The capacitor 137 is at one end with the connection point between the resistance element 134 and the resistance element 135 is connected at the other end to the output terminal of the operational amplifier 138 connected. The output terminal of the operational amplifier 138 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier.

Die Widerstandswerte der jeweiligen Widerstandselemente und die Kapazitätswerte der jeweiligen Kondensatoren sind so eingestellt, dass der dritte Tiefpassfilter 131 ein Signal niederfrequenter Komponenten einer vorbestimmten Grenzfrequenz oder geringerer Frequenzen passieren lässt.The resistance values of the respective resistance elements and the capacitance values of the respective capacitors are set so that the third low-pass filter 131 lets pass a signal of low frequency components of a predetermined cutoff frequency or lower frequencies.

Der so konfigurierte, dritte Tiefpassfilter 131 kann anstelle des Tiefpassfilters 111 der zweiten Ausführungsform verwendet werden.The third low-pass filter configured in this way 131 may instead of the low-pass filter 111 of the second embodiment.

In der digitalen Steuereinheit 31 der zweiten Ausführungsform kann eine digitale Arithmetikschaltung durch eine geeignete Hardware-Konfiguration von Schaltungselementen anstelle der CPU 91 verwendet werden. In diesem Fall kann die Stärke des Pumpstroms Ip, der zur Pumpzelle 14 fließt, einer PID-Steuerung unterzogen werden, sodass die elektromotorische Kraft (Anschlussspannung Vs) der elektromotorische Kraftzelle 24 450 mV wird; und ein hiernach berechnetes, digitales Signal des Pumpstroms Ip kann an den D/A-Wandler 94 ausgegeben werden. Ferner ist in der ersten und zweiten Ausführungsform die digitale Steuereinheit 31 mit einem seriellen Kommunikationsanschluss 53 bereitgestellt, und das Gas-Detektions-Signal (Vip Signal), das durch die CPU 91 detektiert wird, wird an das Motorsteuergerät 9 ausgegeben. Jedoch können sowohl die Gassensor-Steuervorrichtung wie auch die zweite Gassensor-Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass auf den seriellen Kommunikationsanschluss 53 und die Detektionsprozess des Gas-Detektions-Signals (Vip Signal) auf der CPU 91 verzichtet werden kann, und eine Anschlussspannung über beide Anschlüsse des Strom-Detektions-Widerstandes 83 wird an das Motorsteuergerät 9 ausgegeben.In the digital control unit 31 According to the second embodiment, a digital arithmetic circuit can be replaced by an appropriate hardware configuration of circuit elements instead of the CPU 91 be used. In this case, the strength of the pumping current Ip, the pump cell 14 be subjected to a PID control, so that the electromotive force (terminal voltage Vs) of the electromotive force cell 24 450 mV; and a subsequently calculated digital signal of the pumping current Ip may be applied to the D / A converter 94 be issued. Further, in the first and second embodiments, the digital control unit 31 with a serial communication port 53 provided, and the gas detection signal (Vip signal) by the CPU 91 is detected, is sent to the engine control unit 9 output. However, both the gas sensor control device and the second gas sensor control device may be configured to access the serial communication port 53 and the detection process of the gas detection signal (Vip signal) on the CPU 91 can be dispensed with, and a terminal voltage across both terminals of the current detection resistor 83 is sent to the engine control unit 9 output.

Diese Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf die oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Jedoch sollte diese Erfindung nicht so ausgelegt werden, als würde sie sich auf diese Ausführungsformen beschränkt sein. Dem Fachmann sollte offensichtlich sein, dass diverse Veränderungen in der Form und im Detail der Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, vorgenommen werden können. Es ist beabsichtig, dass solche Veränderungen im Wesen und Umfang der beigefügten Ansprüche inbegriffen sind. This invention has been described in detail with reference to the above embodiments. However, this invention should not be construed as limited to these embodiments. It should be apparent to those skilled in the art that various changes in the form and detail of the invention as described above may be made. It is intended that such changes be included in the spirit and scope of the appended claims.

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Claims (3)

Sensor-Steuervorrichtung zum Steuern eines Sensors, wobei der Sensor eine Diffusionskammer, in welche ein zu messendes Gas durch eine eine Diffusionsrate steuernde Schicht fließt, eine elektromotorische Kraftzelle, welche eine Detektionsspannung entsprechend einer Konzentration einer bestimmten Gaskomponente innerhalb der Diffusionskammer erzeugt, und eine Pumpzelle, welche die bestimmte Gaskomponente entsprechend eines extern bereitgestellten Pumpstroms in oder aus der Diffusionskammer pumpt, umfasst, wobei die Sensor-Steuervorrichtung umfasst: eine Steuereinheit, welche dazu konfiguriert ist, den Pumpstrom basierend auf der Detektionsspannung rückgekoppelt zu steuern, so dass sich die an der elektromotorischen Kraftzelle erzeugte Detektionsspannung einer Sollspannung annähert; und eine Tiefpassfilter-Einheit, welche dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte, niederfrequente Komponente aus der Detektionsspannung zu extrahieren, wobei die Steuereinheit den Pumpstrom basierend auf der von der Tiefpassfilter-Einheit extrahierten, niederfrequenten Komponente rückgekoppelt steuert.A sensor control apparatus for controlling a sensor, the sensor including a diffusion chamber into which a gas to be measured flows through a diffusion rate controlling layer, an electromotive force cell generating a detection voltage corresponding to a concentration of a specific gas component within the diffusion chamber, and a pump cell; which pumps the particular gas component into or out of the diffusion chamber according to an externally provided pumping current, wherein the sensor control device comprises: a control unit configured to feedback control the pumping current based on the detection voltage so that the detection voltage generated at the electromotive force cell approaches a target voltage; and a low-pass filter unit configured to extract a predetermined low-frequency component from the detection voltage, wherein the control unit controls the pumping current fed back based on the low-frequency component extracted by the low-pass filter unit. Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Analog/Digital-Spannungswandler, welcher die an der elektromotorischen Kraftzelle des Sensors erzeugte Detektionsspannung von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umwandelt, wobei die Tiefpassfilter-Einheit eine digitale Operation an dem digitalen Wert der von dem Analog/Digital-Spannungswandler umgewandelten Detektionsspannung vornimmt, um dadurch die niederfrequente Komponente zu extrahieren, und wobei die Steuereinheit den Pumpstrom durch einen digitalen Prozess, basierend auf dem digitalen Wert der niederfrequenten Komponente, rückgekoppelt steuert.A sensor control device according to claim 1, further comprising: an analog-to-digital voltage converter which converts the detection voltage generated at the electromotive force cell of the sensor from an analog value into a digital value, wherein the low-pass filter unit performs a digital operation on the digital value of the detection voltage converted by the analog-to-digital voltage converter to thereby extract the low-frequency component, and wherein the control unit controls the pumping current fed back through a digital process based on the digital value of the low-frequency component. Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen niederfrequenten Analog/Digital-Wandler, welcher die von der Tiefpassfilter-Einheit extrahierte, niederfrequente Komponente von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umwandelt, wobei die Tiefpassfilter-Einheit eine Analogschaltung ist, welche in einem Detektionspfad der Detektionsspannung von der elektromotorischen Kraftzelle zu der Steuereinheit bereitgestellt ist, und wobei die Steuereinheit den Pumpstrom durch einen digitalen Prozess, basierend auf dem digitalen Wert der von dem niederfrequenten Analog/Digital-Wandler umgewandelten, niederfrequenten Komponente, rückgekoppelt steuert.A sensor control device according to claim 1, further comprising: a low-frequency analog-to-digital converter which converts the low-frequency component extracted by the low-pass filter unit from an analog value into a digital value, wherein the low-pass filter unit is an analog circuit provided in a detection path of the detection voltage from the electromotive force cell to the control unit, and wherein the control unit controls the pumping current fed back through a digital process based on the digital value of the low-frequency component converted by the low-frequency analog-to-digital converter.
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